Образование химических элементов и веществ. Химия и химическое образование

Завьялова Ф.Д., учитель химии МАОУ «СОШ №3» с углубленным изучением отдельных предметов имени Героя России Игоря Ржавитина, ГО Ревда

Роль химии в современном мире? Химия — это область естественных наук, изучающая строение различных веществ, а также их взаимосвязь с окружающей средой. Для нужд человечества химическое образование имеет огромное значение. Во второй половине 20 века государство вкладывало средства в развитие химической науки, в результате появились новые открытия в области фармацевтического и промышленного производства, в связи с этим расширялась химическая промышленность, и это способствовало появлению востребованности в квалифицированных специалистов. На сегодняшний день химическое образование в нашей стране находится в очевидном кризисе.

Сейчас в школе происходит последовательное выдавливание естественных наук из школьного курса. Слишком много сократили время на изучения предметов естественного цикла, основное внимание уделяют патриотическому и нравственному воспитанию, перепутав образование с воспитанием, в результате, выпускники школ сегодня не понимают простейших химических законов. И многие учащиеся думают, что химия – это бесполезный предмет, и в будущем от нее не будет никакого прока.

А основной целью образования является развитие умственных способностей – это тренировка памяти, обучение логике, умению устанавливать причинноследственные связи, построению моделей, развитие абстрактного и пространственного мышления. Определяющую роль в этом играют естественные науки, которые отражают объективные законы развития природы. Химия изучает разные пути направления химических реакций и разнообразие веществ, поэтому занимает в ряду естественных наук особое место как инструмент развития умственных способностей школьников. Может сложиться так, что человек в своей профессиональной деятельности никогда не столкнется с химическими проблемами, но при изучении химии в школе будет развиваться способность мыслить.

Изучение одних только иностранных языков и других гуманитарных дисциплин недостаточно для формирования интеллекта современного человека. Четкое понимание того, как одни явления порождают другие, составление плана действий, моделирование ситуаций и поиск оптимальных решений, умение предвидеть последствия предпринимаемых действий – всему этому можно научиться только на базе естественных наук. Эти знания и умения необходимы абсолютно всем.

Отсутствие этих знаний и умений приводит к хаосу. С одной стороны, мы слышим призывы к инновациям в технологической сфере, углублению переработки сырья, внедрению энергосберегающих технологий, с другой стороны, наблюдаем сокращение естественнонаучных предметов в школе. Почему так происходит? Непонятно?!

Следующая важнейшая цель школьного образования – это подготовка к будущей взрослой жизни. Молодой человек должен войти в нее во всеоружии знаний о мире, что включает не только мир людей, но и мир вещей, и окружающую природу. Знания о материальном мире, о веществах, материалах и технологиях, с которыми они могут столкнуться в повседневной жизни дают естественные науки. Изучение только гуманитарных дисциплин приводит к тому, что подростки перестают понимать материальный мир и начинают бояться его. Отсюда – они уходят от реальности в виртуальное пространство.

Большая часть людей живет все же в материальном мире, постоянно контактирует с различными веществами и материалами и подвергает их, различным химическим и физико-химическим превращениям. Знания, как обращаться с веществами, человек получает в школе на уроках химии. Он может забыть формулу серной кислоту, но обращаться с ней всю жизнь будет с осторожностью. Он не закурит на бензоколонке и вовсе не потому, что видел, как горит бензин. Просто в школе на уроке химии ему объяснили, что бензин имеет свойство испаряться, образовывать взрывоопасные смеси с воздухом и гореть. Поэтому больше времени необходимо уделять освоению химии, и считаю, что напрасно сократили часы на изучение химии в школах.

На уроках естественного цикла готовят учащихся и к будущей профессии. Ведь предсказать, какие профессии будут наиболее востребованы через 20 лет, невозможно. По сведениям Департамента по труду и занятости населения сегодня профессии, связанные с химией, возглавляют список наиболее востребованных на рынке труда. Сейчас практически все товары, которые использует человек, тем или иным образом связаны с технологиями, в которых применяют химические реакции. Например, очистка топлива, использование пищевых красителей, моющие средства, пестициды для удобрения и так далее.

Профессии, связанные с химией – это не только специалисты, работающие в нефтеперерабатывающих и газодобывающих отраслях, а также те профессии, которые могут гарантировать работу практически в любом регионе.

Список наиболее востребованных специальностей:

• Химик-технолог, инженер-технолог, всегда сможет найти место на производстве города. В зависимости от профиля обучения, может работать на пищевых или на промышленных предприятиях. Главной задачей этого специалиста является контроль качества продукции, а также внедрение инноваций в производство.
• Химик-эколог, в каждом городе есть отдел, следящий за экологической ситуацией.
• Химик-косметолог – очень популярное направление, особенно в тех регионах, где есть большие косметические предприятия.
• Фармацевт. Высшее образование дает возможность работать в крупных компаниях, производящих лекарства, всегда можно найти себе место в городской аптеке.
• Биотехнолог, нанохимик, эксперт по альтернативным видам энергии.
• Криминалистика и судмедэкспертиза. В МВД тоже нужны химики, всегда есть должность штатного химика, их знания могут помочь в поимке преступников.
• Профессия будущего — исследователи альтернативных источников энергии. Ведь вскоре запас нефти иссякнет, то же случиться и с газом, поэтому спрос на таких специалистов растет. И может быть, через 10-20 лет химики этого направления возглавят список самых востребованных специалистов.

Основными требованиями к современным специалистам является хорошая память и аналитический склад ума, креативность, новаторские идеи, творческий подход и нестандартный взгляд на привычные вещи. Большую роль в формировании этих умений и способностей играет изучение химии. А человеком, лишенным естественнонаучной базы образования, легче манипулировать.

В отличие от всех остальных живых существ человек не приспосабливается к условиям окружающей среды, а изменяет её под свои потребности. Резкое увеличение численности населения на планете произошло после великого открытия химиков, это изобретения антибиотиков и начала выпуска их в промышленных масштабах.

Учитывая все выше сказанное, думаю, что необходимо увеличить количество часов на изучение химии, и начинать знакомиться уже в младшем звене.

Если в начале прошлого века под образованием понималось обучение счёту, чтению и письму, то спустя столетие в это понятие мы вкладываем обеспечение реализации потребности человека в развитии. Образование для нас стало устойчивым развитием, и оно должно быть качественным.

Литература:

1. Российская Академия наук – о Менделеевском съезде в Екатеринбурге
2. Какая химия должна изучаться в современной школе? — Генрих Владимирович Эрлих - доктор химических наук, ведущий научный сотрудник МГУ им. М. В. Ломоносова.

Химия и химическое образование на рубеже веков: смена целей, методов и поколений.

Юрий Александрович Устынюк – доктор химических наук, заслуженный профессор МГУ, заведующий лабораторией ЯМР Химического факультета МГУ. Область научных интересов – металлоорганическая и координационная химия, физическая органическая химия, спектроскопия, катализ, проблемы химического образования.

В дискуссии о том, что представляет собою химическая наука в целом и ее отдельные области на рубеже веков, уже высказались многие очень авторитетные авторы. При некоторых различиях в частностях общий тон всех высказываний явно мажорный. Единодушно отмечаются выдающиеся достижения на всех основных направлениях химических исследований. Все специалисты отмечают исключительно важную роль, которую сыграли в достижении этих успехов новые и новейшие методы исследования структуры вещества и динамики химических процессов. Столь же единым является мнение об огромном влиянии на развитие химии произошедшей за последние два десятилетия на наших глазах всеобщей и всепроникающей компьютеризации науки. Все авторы поддерживают тезис об усилении междисциплинарного взаимодействия как на стыках химических дисциплин, так и между всеми естественным и точными науками в целом в этот период. Значительно больше различий в прогнозах будущего химической науки, в оценках основных тенденций ее развития на близкую и отдаленную перспективу. Но и здесь преобладает оптимистический настрой. Все согласны с тем, что прогресс будет продолжаться ускоренными темпами, хотя некоторые авторы и не ожидают в химии в ближайшем будущем новых фундаментальных открытий, по своей значимости сравнимых с открытиями начала и середины ушедшего века /1/.

Нет сомений в том, что научному химическому сообществу есть чем гордиться.

Очевидно, что химия в истекшем столетии не только заняла центральное место в естествознании, но и создала новую базу материальной культуры современной цивилизации. Совершенно ясно, что эта ее важнейшая роль сохранится в ближайшем будущем. А потому, как кажется на первый взгляд, нет особых причин сомневаться в светлом будущем нашей науки. Однако не смущает ли Вас, уважаемые коллеги, тот факт, что в стройном хоре, сегодня возглашающем хвалу химии и химикам, явно не хватает отрезвляющих голосов «контрамотов». На мой взгляд, «контрамоты» составляют важную, хотя и не очень многочисленную часть любого здорового научного сообщества. «Контрамот-скептик», наперекор общему мнению, по возможности стремится погасить взрывы всеобщего восторга по поводу очередных выдающихся успехов. Напротив, «контрамот-оптимист» сглаживает приступы столь же всеобщего отчаяния в пору крушения очередных несбывшихся надежд. Попытаемся, мысленно усадив за один стол этих почти антиподов, взглянуть на проблему химии на рубеже веков с несколько иной точки зрения.

Век закончился. Вместе с ним заканчивает свою активную жизнь в науке блестящее поколение химиков, чьими усилиями были достигнуты известные всем и признанные всеми выдающиеся успехи. На смену приходит новое поколение химиков-исследователей, химиков-педагогов, химиков-инженеров. Кто они, эти сегодняшние юноши и девушки, чьи лица мы видим перед собою в учебных аудиториях? Чему и как мы должны научить их, чтобы их профессиональная деятельность была бы успешной? Какие умения должны дополнять полученные знания? Что из нашего жизненного опыта мы можем передать им, а они согласятся принять в виде советов и наставлений, чтобы осуществилась заветная мечта каждого из них – мечта о личном счастье и благополучии? В короткой заметке нельзя ответить на все эти сложнейшие и вечные вопросы. Пусть она станет приглашением к более обстоятельной дискуссии и затравкой для неторопливых личных размышлений.

Один из моих хороших друзей, маститый профессор-химик с сорокалетним стажем, раздраженно сказал мне недавно, когда я, обдумывая эту заметку, перечислил ему приведенные выше вопросы: «А что собственно особенное и неожиданное произошло? Что уж так сильно изменилось? Мы все учились понемногу у своих учителей, учились чему-нибудь и как-нибудь. Теперь они, студенты, учатся тому же у нас. Так оно и идет от века к веку. Так оно и будет идти всегда. И нечего тут новый огород городить». Надеюсь, что сказанное мною в ответ тогда и написанное здесь не станет причиной нашей с ним размолвки. Но ответ мой ему прозвучал весьма решительно. Я утверждал, что в химической науке на рубеже веков изменилось все! Исключительно трудно найти в ней даже маленькую область (речь, конечно, не идет об глухих закоулках, в которых удобно устроились маргиналы-реликты), где в последние четверть века не произошло бы глубоких кардинальных изменений.

^ Методический арсенал химических исследований.

Как справедливо отмечал С.Г.Кара-Мурза /2/, историю химической науки можно рассматривать не только в рамках традиционного подхода как эволюцию основных концепций и идей на фоне открытий и накопления новых экспериментальных фактов. С полным правом ее можно изложить и в ином контексте, как историю совершенствования и развития методического арсенала химической науки. В действительности роль новых методов не ограничивается тем, что они многократно расширяют исследовательские возможности научного сообщества, их освоившего. В междисциплинарном взаимодействии метод подобен троянскому коню. Вместе с методом в новую область науки проникают его теоретический и математический аппарат, которые эффективно используются при создании новых концепций. Опережающий характер развития методического арсенала химии особенно ярко проявился именно в последней четверти ушедшего столетия.

К числу самых ярких достижений в этой области безусловно следует отнести практическое достижение физических пределов в пространственном, временном и концентрационном разрешении в ряде новых методов для химических исследований. Так создание сканирующей туннельной микроскопии с пространственным разрешением на уровне 0,1 нм обеспечивает наблюдение отдельных атомов и молекул. Разработка лазерной фемтосекундной спектроскопии с временным разрешением на уровне 1 – 10 фс открывает возможности исследования элементарных актов химических процессов во временных интервалах, соответствующих одному периоду колебаний атомов в молекуле. Наконец, открытие туннельной колебательной спектроскопии позволяет теперь следить за поведением и превращениями отдельной молекулы на поверхности твердых тел. Не менее важно, пожалуй, также и то, что практически отсутствовал разрыв во времени между созданием физических принципов каждого из этих методов и их непосредственным применением к решению химических задач. Последнее вряд ли удивительно, поскольку все эти и многие другие наиболее важные результаты последних лет были получены коллективами междисцилинарного характера, объединяющими физиков, химиков, инженеров и других специалистов.

Прорыв на новый уровень разрешения и чувствительности был мощно поддержан исключительно быстрым совершенствованием тех физических методов, которые давно составляют основу арсенала химика-исследователя. За последние 10 лет разрешающая способность и чувствительность всех спектральных методов улучшились на порядок и более, а производительность научных приборов возросла на два и более порядков. В ведущих исследовательских лабораториях сейчас основу приборного парка составляют инструменты 5 поколения - сложнейшие измерительно-вычислительные комплексы, которые обеспечивают полную автоматизацию проведения измерений и обработки результатов, а также дают возможность on line применять базы и банки научных данных при их интерпретации. Химик-исследователь с помощью комплекса таких приборов получает в единицу времени примерно в 2000 раз больше информации, чем 50 лет назад. Вот лишь некоторые примеры.

Рентгеноструктурный анализ монокристаллов еще 10 лет назад был одним из самых трудоемких и длительных по времени экспериментов. Определение молекулярной и кристаллической структуры нового вещества требовало месяцев работы, а иногда затягивалось на годы. Новейшие автоматические рентгеновские дифрактометры дают сегодня возможность при изучении соединений не слишком большой молекулярной массы получить весь необходимый массив рефлексов за несколько часов и не предъявлют при этом слишком высоких требований к размерам и качеству кристалла. Полная обработка экспериментальных данных с помощью современных программ на персональном компьютере занимает еще несколько часов. Таким образом казавшаяся ранее несбыточной мечта «один день – одна полная структура» стала повседневной реальностью. За последние 20 лет с помощью РСА было, по всей видимости, исследовано больше молекулярных стуктур, чем за весь предшествующий период его применения. В некоторых областях химической науки использование РСА в режиме рутинного метода привело к прорыву на новый уровень знания. Так например, полученные данные о детальном строении глобулярных белков, в том числе важнейших ферментов, а также других типов биологически важных молекул имели принципиально важное значение для развития молекулярной биологии, биохимии, биофизики и смежных дисциплин. Проведение экспериментов при низких температурах открыло возможности построения прецизионных карт разностной электронной плотности в сложных молекулах, пригодных для прямого сопоставления с результатами теоретических расчетов.

Повышение чувствительности масс-спектрометров уже обеспечивает надежный анализ фемтограммовых количеств вещества. Новые методы ионизации и времяпролетные масс-спектрометры с достаточно высоким разрешением (системы MALDI-TOF) в сочетании с двумерным электрофорезом позволяют сейчас проводить идентификацию и исследование строения биомолекул очень большой молекулярной массы, например, клеточных белков. Это сделало возможным возникновение новой бурно развивающейся области на стыке химии и биологии – протеомики /3/. Современные возможности масс-спектрометрии высокого разрешения в элементном анализе отлично описаны Г.И.Рамендиком /4/.

Новый шаг вперед сделала спектроскопия ЯМР. Использование методов вращения образца под магическим углом с кросс-поляризацией позволяет получать спектры высокого разрешения в твердых телах. Применение сложных последовательностей радиочастотных импульсов в сочетании с импульсными градиентами поляризующего поля, а также инверсное детектирование спектров тяжелых и редких ядер обеспечивает возможность прямого определения трехмерной структуры и динамики белков с молекулярной массой до 50 кД в растворе.

Увеличение чувствительности методов анализа, разделения и исследования веществ имело еще одно важное последствие. Во всех областях химии произошла или происходит миниатюризация химического эксперимента, в том числе переход в химическом лабораторном синтезе с полумикро- на микромасштаб. Это существенно снижает затраты на реактивы и растворители, значительно ускоряет проведение всего цикла исследований. Успехи в разработке новых эффективных общих методов синтеза, обеспечивающих проведение типовых химических реакций с высокими выходами, близкими к количественным, привели к возникновению «комбинаторной химии». В ней целью синтеза является получение не одного, а одновременно сотен, а иногда и тысяч веществ близкого строения (синтез «комбинаторной библиотеки»), который осуществляют в отдельных микрореакторах для каждого продукта, помещенных в большой реактор, а иногда и в одном общем реакторе. Столь кардинальное изменение задач синтеза привело к разработке совершенно новой стратегии планирования и осуществления экспериментов, а также, что особенно важно в свете обсуждаемых нами проблем, к полному обновлению техники и аппаратуры его проведения, реально поставив на повестку дня вопрос о широком внедрении в практику химических роботов.

Наконец, последнее по порядку перечисления в этом разделе, но далеко не последнее по значимости изменение методического арсенала химических исследований состоит в новой роли, которую играют сегодня в химии методы теоретических расчетов и компьютерного моделирования структуры и свойств веществ, а также химических процессов. Например, еще совсем недавно химик-теоретик видел свою главную задачу в систематизации известных экспериментальных фактов и в построении на основе их анализа теоретических концепций качественного характера. Беспрецедентно быстрый рост возможностей вычислительной техники привел к тому, что методы квантовой химии высокого уровня, обеспечивающие получение надежной количественной информации, стали реальным инструментом исследования сложных молекулярных и надмолекулярных структур, включающих сотни атомов, в том числе атомов тяжелых элементов. В связи с этим неэмпирические расчеты ЛКАО МО ССП с корреляционными и релятивистскими поправками, а также квантовохимические расчеты с использованием метода функционала плотности в нелокальных приближениях в расширенных и расщепленных базисах теперь можно применять на начальных этапах исследования, предваряя ими выполнение синтетического эксперимента, который становится значительно более целенаправленным. С проведением таких расчетов легко справляются студенты и аспиранты. Происходят весьма характерные изменения в составах лучших научных коллективов, ведущих экспериментальные исследования. В них все чаще органично включаются химики-теоретики. В научных публикациях высокого уровня сплошь и рядом описание новых химических объектов или явлений приводится вместе с их обстоятельным теоретическим анализом. О замечательных возможностях компьютерного моделирования кинетики сложных многомаршрутных каталитических процессов и удивительных успехах, достигнутых в этой области, прекрасно рассказано в статье О.Н.Темкина /5/.

Даже очень краткий и далеко неполный перечень основных изменений в методическом арсенале химии на рубеже веков, приведенный выше, позволяет сделать ряд важных и совершенно определенных заключений:

эти изменения носят кардинальный, принципиальный характер;

темпы освоения новых методов и методик в химии в последние десятилетия были и остаются очень высокими;

новый методический арсенал создал возможности ставить и успешно решать химические задачи невиданной ранее сложности в исключительно короткие сроки.

Уместно, на мой взгляд, утверждать, что в этот период химические исследования превратились в область широкомасштабного применения целого комплекса новых и новейших высоких технологий, связанных с использованием сложнейшей аппаратуры. Очевидно, что освоение этих технологий становится одной из важнейших задач в подготовке нового поколения химиков.

^ 2.Информационное обеспечение химической науки и новые информационно-коммуникационные технологии.

Время удвоения объема научной химической информации, по последним оценкам И.В.Мелихова /6/, сейчас составляет 11-12 лет. Стремительно растет число научных журналов и их объемы, число выпускаемых монографий и обзоров. Исследования по каждому из актуальных научных направлений одновременно проводятся в десятках научных коллективов разных стран. Свободный доступ к источникам научной информации, который всегда был необходимым условием продуктивной научной работы, а также возможность быстрого обмена текущей информацией с коллегами в новых условиях полной интернационализации науки превратились в лимитирующие факторы, определяющие не только успех, но и целесообразность осуществления любого научного проекта. Вне постоянной оперативной связи с ядром научного сообщества исследователь теперь быстро превращается в маргинала даже в том случае, если он получает результаты высокого качества. Эта ситуация особенно характерна для той значительной части российских химиков, которые не имеют доступа к INTERNET и редко публикуются в международных химических журналах. Их результаты становятся известными членам международного сообщества с временной задержкой в несколько месяцев, а иногда и вовсе не привлекают внимания, будучи опубликованы в малодоступных и малоавторитетных изданиях, в числу которых, к большому сожалению, все еще относится большинство российских химических журналов. Заподавшая, пусть и ценная информация почти не оказывает влияния на ход мирового исследовательского процесса, а стало быть теряется основной смысл всей научной работы. В условиях бедности наших библиотек INTERNET стал главным источником научной информации, а электронная почта – главным каналом связи. Мы должны еще раз низко поклониться Джорджу Соросу, кто первым выделил средства для подключения к INTERNET наших вузов и научных институтов. К сожалению, далеко не все научные коллективы имеют доступ к электронным каналам связи, и пройдет, по всей видимости, не менее десятка лет, пока INTERNET станет общедоступным.

Сегодня наше российское научное химическое сообщество распалось на две неравные части. Значительная, вероятно, большая часть исследователей испытывает острейший информационный голод, не имея свободного доступа к источникам информации. Это остро чувствуют, например, эксперты РФФИ, которым приходится рецензировать инициативные научные проекты. В конкурсе химических проектов 2000 года, например, по отзывам некоторых авторитетных экспертов, участвовавших в их оценке, до трети авторов проектов не располагали самой последней информацией по предлагаемой ими теме. В связи с этим предложенные ими программы работы были не оптимальны. Запаздывание с обработкой научной информации для них, по ориентировочным оценкам, могло составлять от полутора до двух лет. Более того, попадались и проекты, направленные на решение проблем, которые либо уже были решены, либо в свете результатов, полученных в смежных областях, потеряли свою актуальность. Их авторы, по всей видимости, не имели доступа к современной информации не менее 4-5 лет.

Вторая часть ученых-химиков, к которой отношу себя и я, испытывает трудности другого рода. Она находится в состоянии постоянной информационной перегрузки. Огромные объемы информации просто захлестывают. Вот самый свежий пример из личной практики. При подготовке ключевой публикации в новой серии научных работ я решил самым тщательным образом собрать и проанализировать всю относящуюся к теме литературу. Машинный поиск по трем базам данных по ключевым словам за период последних 5 лет выявил 677 источников общим объемом 5489 страниц. Введение дополнительных более строгих критериев отбора сократило число источников до 235. Работа с рефератами этих научных статей позволила отсеять еще 47 не очень значимых публикаций. Из оставшихся 188 работ ранее мне были известны и мною уже были изучены 143. Из 45 новых источников доступными для непосредственного просмотра оказались 34. В первой же из новых работ я нашел ряд ссылок на работы ее авторов более раннего периода, в которых изучаемая мною проблема рассматривалась с других позиций. Движение по нучным ссылкам к истокам выявило в конечном счете еще 55 источников. Беглый просмотр двух обзоров, входивших в их число, заставил внести в список для изучения еще 27 работ из смежных областей. Из них 17 уже присутствовали в первоначальном списке из 677 источников. Таким образом, после трехмесячной весьма напряженной работы я имел список из 270 работ, непосредственно относящихся к проблеме. Среди них явно выделялись высоким качеством публикации 6 научных групп. Я написал руководителям этих коллективов о моих основных результатах и попросил прислать ссылки на их последние работы по проблеме. Двое ответили, что они более не занимаются ею и не опубликовали ничего нового. Трое прислали 14 работ, часть из которых была только что завершена и еще не вышла из печати. Один из коллег не ответил на запрос. Двое из коллег в своих письмах упомянули имя молодого японского ученого, который начал исследования в том же направлении всего два года назад, имел по теме только 2 публикации, но сделал, по их отзывам, блестящий научный доклад на последней международной конференции. Я немедленно написал ему и получил в ответ список из 11 публикаций, в которых использовался тот же метод исследований, который применял я, но с некоторыми дополнительными модификациями. Он также обратил мое внимание на некоторые неточности, допущенные в тексте моего письма при изложении собственных результатов. Детально проработав лишь 203 работы из 295, имеющих прямое отношение к теме, я наконец заканчиваю подготовку публикации. В списке литературы оказывается более 100 наименований, что совершенно неприемлемо по правилам наших журналов. Сбор и обработка информации заняла почти 10 месяцев. Из этой достаточно типичной истории следует, на мой взгляд, четыре важных вывода:

На сбор и анализ информации по профилю исследований современный химик должен тратить до половины и более рабочего времени, что вдвое или втрое больше, чем полвека назад.

Быстрая оперативная связь с коллегами, работающими в той же области в разных странах мира, т.е. включение в «незримый научный коллектив» резко повышает эффективность такой работы.

Важной задачей в подготовке нового поколения химиков становится овладение современными информационными технологиями.

Исключительно важное значение приобретает языковая подготовка молодого поколения специалистов.

Поэтому в своей лаборатории некоторые коллоквиумы мы проводим по-английски даже в том случае, если на них и нет иностранных гостей, которые у нас не редкость. В прошлом году студенты моей специализированной группы, узнав, что я читал курсы лекций за рубежом, попросили меня прочитать часть курса органической химии по-английски. Опыт, в целом, мне показался интересным и удачным. Около половины студентов не только хорошо усваивали материал, но и активно участвовали в дискуссии, посещаемость лекций повысилась. Однако примерно четверть студентов из состава группы, которые с трудом усваивали сложный материал даже по-русски, эта затея явно пришлась не по душе.

Замечу также, что описанная мною ситуация позволяет в реальном свете понять происхождение известного тезиса о непорядочности и коварстве наших некоторых зарубежных коллег, которые недостаточно активно цитируют работы российских химиков, якобы с целью присвоить себе чужой приоритет. Действитльная причина – жесточайшая информационная перегрузка. Ясно, что все нужные работы собрать, прочитать и процитировать невозможно. Конечно, я всегда цитирую работы тех, с кем постоянно сотрудничаю, обмениваюсь информацией, обсуждаю результаты до их публикации. Иногда, когда мои работы пропускались, мне приходилось посылать коллегам вежливые письма с просьбой исправить оплошность. И она всегда исправлялась, хотя и без особого удовольсивия. В свою очередь и мне однажды пришлось принести извинения за невнимательность.

^ 3.Новые цели и новая структура фронта химических научных исследований.

О новых целях и новых тенденциях в развитии химии на рубеже веков блестяще написал А.Л.Бучаченко в своем обзоре /7/, и я ограничусь лишь коротким комментарием. Отмеченная им доминирующая в последние два десятилетия тенденция к интеграции отдельных химических дисциплин свидетельствует о достижении химической наукой той степени «золотой зрелости», когда уже имеющихся средств и ресурсов достаточно для решения традиционных задач каждой из областей. Яркий пример представляет современная органическая химия. Сегодня синтез органической молекулы любой сложности может быть осуществлен с помощью уже разработанных методов. Поэтому даже очень сложные задачи такого типа можно рассматривать как задачи чисто технические. Сказанное конечно не означает, что разработка новых методов органического синтеза должна быть прекращена. Работы такого типа будут актуальны всегда, но они составляют на новом этапе не главное, а фоновое направление развития дисциплины. В /7/ выделены восемь генеральных направлений современной химической науки (химический синтез; химическая структура и функция; управление химическими процессами; химическое материаловедение; химическая технология; химическая аналитика и диагностика; химия жизни). В реальной научной деятельности в каждом научном проекте в той или иной степени всегда ставятся и разрешаются частные задачи, относящиеся сразу к нескольким генеральным направлениям. А это, в свою очередь, требует очень разносторонней подготовки от каждого члена научного коллектива.

Важно также отметить, что в каждом из перечисленных выше направлений химии отчетливо прослеживается переход к все более сложным объектам исследования. В центре внимания все чаще оказываются супрамолекулярные системы и структуры. Новый этап развития химической науки, который начался на рубеже веков, можно в связи с этим назвать этапом супрамолеклярной химии.

^ 4.Особенности российской химической науки сегодня.

Десять лет так называемой перестройки нанесли страшный удар по российской науке в целом и по российской химии в частности. Об этом написано много, и не стоит здесь повторяться. К сожалению, приходится констатировать, что среди научных коллективов, доказавших свою жизнеспособность в новых условиях, практически нет бывших отраслевых химических институтов. Огромный потенциал этой отрасли практически уничтожен, а материальные и интеллектуальные ценности разграблены. Нищенское финансирование академической и вузовской химии, в течение всего этого периода ограничивавшееся зарплатой на уровне или ниже прожиточного минимума, привело к значительному сокращению численности работников. Из вузов и институтов ушла большая часть энергичной и талантливой молодежи. Средний возраст преподавателей подавляющего числа вузов перешагнул критическую отметку 60 лет. Налицо разрыв поколений – среди сотрудников химических институтов и преподавателей очень мало людей в наиболее продуктивном возрасте 30-40 лет. Остались старые профессора и молодые аспиранты, которые часто поступают в аспирантуру лишь с одной целью - освободится от службы в армии.

Большинство научных коллективов можно отнести к одному из двух типов, хотя это деление, разумеется, весьма условно. «Продуцирующие научные коллективы» выполняют новые крупные самостоятельные исследовательские проекты и получают значительные объемы первичной информации. «Экспертные научные коллективы», как правило, меньше по численности, чем продуцирующие, но они также имеют в своем составе очень высококвалифицированных специалистов. Они ориентированы на анализ информационных потоков, на обобщение и систематизацию результатов, полученных в других научных коллективах мира. Соответственно с этим их научная продукция – это в основном обзоры и монографии. Вследствие колоссального роста объемов научной информации такого рода работа становится очень важной, если она выполняется с соблюдением тех требований, которые предъявляются к таким вторичным источникам информации как обзор и монография/8/. В условиях нищенского финансирования, недостатка современного научного оборудования и сокращения численности в российском научном химическом сообществе число продуцирующих коллективов уменьшилось, а число экспертных коллективов несколько возросло. В работе большинства коллективов обоих типов упала доля сложных экспериментальных исследований. Такие изменения в структуре научного сообщества в неблагоприятных условиях вполне закономерны и на определенном этапе обратимы. При улучшении ситуации экспертный коллектив легко может быть пополнен молодежью и превращен в продуцирующий. Однако, если период неблагоприятных условий затягивается, экспертные коллективы гибнут, поскольку лидерами в них являются ученые старшего возраста, прекращающие научную деятельность по естественным причинам.

Доля работ российских химиков в общем объеме исследований и в мировых информационных потоках быстро сокращается. Наша страна не может более считать себя «великой химической державой». За какой-нибудь десяток лет в связи с уходом лидеров и отсутствием эквивалентной смены мы уже потеряли значительное число научных школ, составлявших гордость не только нашей, но и мировой науки. По всей видимости, в близком будущем мы будем продолжать их терять. На мой взгляд, российская химическая наука сегодня достигла критического рубежа, за которым распад сообщества становится лавинообразным и более неконтролиремым процессом.

Эта опасность достаточно ясно осознается международным научным сообществом, которое стремиться оказывать нашей науке посильную помощь по разным каналам. У меня складывается впечатление, что лица, в нашей науке и образовании власть предержащие, в полной мере еще не осознали реальность такого обвала. Ведь нельзя же, в самом деле, серьезно рассчитывать на то, что его можно предотвратить с помощью реализации программы поддержки научных школ через РФФИ и программы «Интеграция». Не осознается тот факт, что выделяемые на эти программы средства значительно (по грубым оценкам, на порядок) ниже того минимального предела, после достижения которого эффект воздействия становится отличным от нуля.

В ответ на высказывание в таком тоне в беседе с лицом, близким к обозначеным выше властным структурам, я услышал: «Не кипятись зря, читай «Поиск». Слава Богу, худшие времена позади. Конечно, общий фон пока довольно безрадостный, но существуют же вполне благополучные научные коллективы и целые институты, которые приспособились к новым условиям и демонстрируют заметный рост продуктивности. Так что не нужно впадать в истерику и хоронить нашу науку».

В самом деле, такие коллективы существуют. Я составил список из десяти таких лабораторий, работающих близко по тематике к области моих научных интересов, залез в INTERNET, поработал в библиотеке с базой данных Chemical Abstracts. Вот сразу бросившиеся в глаза общие свойственные этим лабораториям особенности:

Все десять коллективов имеют прямой доступ в INTERNET, пять из десяти имеют в нем хорошо оформленные собственные страницы с достаточно полной и обновляемой информацией о работе.

Все десять лабораторий активно сотрудничают с зарубежными коллективами. Шесть имеют гранты международных организаций, три выполняют исследования по контрактам с крупными зарубежными фирмами.

Более половины членов научных коллективов, информация о которых была найдена, не менее одного раза в год выезжали за рубеж для участия в международных конференциях или для научной работы.

Работа девяти из десяти лабораторий поддерживается грантами РФФИ (в среднем по 2 гранта на лабораторию).

Шесть из 10 лабораторий представляют институты РАН, но три из них очень активно участвуют в кооперации с Высшим химическим колледжем РАН, а поэтому в составе их коллективов достаточно много студентов. Из четырех вузовских коллективов три возглавляют члены РАН.

От 15% до 35% научных публикаций руководителей лабораторий за последние 5 лет опубликовано в международных журналах. Пятеро из них за этот период опубликовали совместные работы, а семеро представляли совместные доклады на научных конференциях с зарубежными коллегами.

В заключение скажу самое главное – во главе всех этих лабораторий стоят совершенно замечательные личности. Высококультурные, разносторонне образованные, увлеченные своей работой люди.

Квалифицированный читатель сразу заметит, что делать какие-либо выводы общего характера на основании столь малой и непредставительной выборки научных коллективов не имеет смысла. Я признаюсь, что не имею полных данных о других успешно работающих научных коллективах химиков страны. Интересно было бы их собрать и проанализировать. Но по опыту работы своей, не самой слабой в целом лаборатории, могу ответственно заявить, что без участия в международном сотрудничестве, без постоянной помощи со стороны зарубежных коллег, от которых за последний год только одних химических реактивов и книг мы получили почти на 4000 долларов, без постоянных командировок сотрудников, аспирантов и студентов за рубеж мы не смогли бы работать вовсе. Заключение напрашивается само собой:

Сегодня в области фундаментальных исследований в нашей химической науке продуктивно работают в основном коллективы, которые включены в международное научное сообщество, получают поддержку из-за рубежа, обладают свободным доступом к источникам научной информации. Интеграция уцелевшей в перестройке российской химии в мировую химическую науку завершается.

А раз так, то наши критерии качества научной продукции должны соответствовать самым высоким международным стандартам. Почти лишенные возможности приобретать современную научную аппаратуру, мы должны ориентироваться на использование весьма ограниченных возможностей центров коллективного пользования и /или на выполнение наиболее сложных и тонких экспериментов за рубежом.

^ 5.Вернемся к проблеме подготовки нашей смены.

О многом по этому поводу хорошо сказано в статье деканов Химических факультетов двух бесспорно лучших университетов страны/9/, а поэтому можно не вдаваться во многие детали. Попробуем двигаться по порядку в соответствии со списком сформулированных вначале этой заметки вопросов.

Так кто же они, молодые люди, сидящие на студенческой скамье перед нами? К счастью, в человеческой популяции существует небольшая часть индивидов, которым судьба стать учеными предопределена генетически. Нужно только найти их и привлечь к занятиям химией. К счастью, существуют в нашей стране давние и славные традиции выявления талантливых ребят через химические олимпиады, через создание специализированных классов и школ. Еще живут и активно работают замечательные энтузиасты занятий с одаренными школьниками. Ведущие химические вузы, принимающие самое активное участие в этой работе, вопреки козням Министерства образования, собирают поистине золотой урожай. До трети студентов Химического факультета МГУ в последние годы уже на 1 курсе определяют область своих интересов, и почти половина начинает научную работу к началу 3 курса.

Особенность нового времени состоит в том, что, начиная учебу в университете, молодой человек часто еще не знает, в какой области ему придется работать после завершения образования. Большинству исследователей и инженеров приходится неоднократно менять область деятельности за время профессиональной карьеры. Поэтому будущий специалист на студенческой скамье должен приобрести твердые навыки в умении самостоятельно овладевать новыми областями науки. Самостоятельная индивидуальная работа студента составляет основу современного образования. Главное условие эффективности такой работы – доступность хороших современных учебников и учебных пособий. «Время жизни» современного учебника, по всей видимости, должно примерно равняться времени удвоения объема научной информации, т.е. должно составлять 11-12 лет. Одна из главных бед нашего образования состоит в том, что у нас не только нет новых вузовских учебников по базовым химическим дисциплинам, но катастрофически нехватает даже старых. Необходима эффективная программа написания и напечатания учебников по химическим дисциплинам для вузов.

У одаренных и хорошо мотивированных студентов есть особенность, которую заметил еще Р.Фейман в своих знаменитых лекциях. Им, таким студентам, по существу стандартное образование не нужно. Им необходима среда о

Выступление на втором
Московском педагогическом марафоне
учебных предметов, 9 апреля 2003 г.

Естественные науки во всем мире переживают нелегкие времена. Финансовые потоки уходят из науки и образования в военно-политическую сферу, престиж научных работников и преподавателей падает, а необразованность большей части общества стремительно растет. Миром правит невежество. Дело доходит до того, что в Америке правые христиане требуют юридической отмены второго закона термодинамики, который, по их мнению, противоречит религиозным доктринам.
Больше других естественных наук страдает химия. У большинства людей эта наука ассоциируется с химическим оружием, загрязнением окружающей среды, техногенными катастрофами, производством наркотиков и т. д. Преодоление «хемофобии» и массовой химической безграмотности, создание привлекательного общественного образа химии – одна из задач химического образования, современное состояние которого в России мы хотим обсудить.

Программа модернизации (реформы)
образования в России и ее недостатки

В Советском Союзе существовала отлаженная система химического образования, основанная на линейном подходе, когда изучение химии начиналось в средних классах и заканчивалось в старших. Была разработана согласованная схема обеспечения учебного процесса, в том числе: программы и учебники, подготовка и повышение квалификации учителей, система химических олимпиад всех уровней, комплекты учебных пособий («Библиотека школы», «Библиотека учителя» и
т. д.), общедоступные методические журналы («Химия в школе» и т. д.), демонстрационные и лабораторные приборы.
Образование – консервативная и инертная система, поэтому даже после распада СССР химическое образование, которое понесло тяжелые финансовые потери, продолжало выполнять свои задачи. Однако несколько лет назад в России началась реформа системы образования, главная цель которой – поддержка вхождения новых поколений в глобализованный мир, в открытое информационное сообщество. Для этого, по мнению авторов реформы, центральное место в содержании образования должны занимать коммуникативность, информатика, иностранные языки, межкультурное обучение. Как видим, для естественных наук места в этой реформе не предусмотрено.
Объявлено, что новая реформа должна обеспечить переход на сопоставимую с мировой систему показателей качества и стандартов образования. Разработан и план конкретных мероприятий, среди которых главные – переход на 12-летнее школьное обучение, введение единого государственного экзамена (ЕГЭ) в форме всеобщего тестирования, разработка новых стандартов образования на основе концентрической схемы, согласно которой к моменту окончания девятилетки ученики должны иметь целостное представление о предмете.
Как повлияет эта реформа на химическое образование в России? На наш взгляд, резко отрицательно. Дело в том, что среди разработчиков Концепции модернизации российского образования не было ни одного представителя естествознания, поэтому интересы естественных наук в этой концепции совершенно не учтены. ЕГЭ в той форме, в какой его задумали авторы реформы, испортит систему перехода от средней школы к высшей, которую вузы с таким трудом сформировали в первые годы независимости России, и разрушит преемственность российского образования.
Один из аргументов в пользу ЕГЭ состоит в том, что он, по мнению идеологов реформы, обеспечит равный доступ к высшему образованию для различных социальных слоев и территориальных групп населения.

Наш многолетний опыт дистанционного обучения, связанный с проведением Соросовской олимпиады по химии и заочно-очной формой приема на химический факультет МГУ, показывает, что дистанционное тестирование, во-первых, не дает объективной оценки знаний, а во-вторых, не обеспечивает школьникам равных возможностей. За 5 лет Соросовских олимпиад через наш факультет прошло больше 100 тыс. письменных работ по химии, и мы убедились в том, что общий уровень решений очень сильно зависит от региона; кроме того, чем ниже был образовательный уровень региона, тем больше оттуда присылали списанных работ. Еще одно существенное возражение против ЕГЭ состоит в том, что тестирование как форма проверки знаний имеет существенные ограничения. Даже корректно составленный тест не позволяет объективно оценить умение школьника рассуждать и делать выводы. Наши студенты изучили материалы ЕГЭ по химии и обнаружили большое число некорректных или неоднозначных вопросов, которые нельзя применять для тестирования школьников. Мы пришли к выводу, что ЕГЭ можно использовать только как одну из форм контроля работы средних школ, но ни в коем случае не как единственный, монопольный механизм доступа к высшему образованию.
Другой отрицательный аспект реформы связан с разработкой новых стандартов образования, которые должны приблизить российскую систему образования к европейской. В проекте стандартов, предложенном в 2002 г. Министерством образования, был нарушен один из главных принципов естественно-научного образования – предметность . Руководители рабочей группы, которые составляли проект, предлагали подумать о том, чтобы отказаться от отдельных школьных курсов химии, физики и биологии и заменить их единым интегрированным курсом «Естествознание». Такое решение, пусть даже принятое на долгосрочную перспективу, просто похоронило бы химическое образование в нашей стране.
Что же в этих неблагоприятных внутриполитических условиях можно сделать для сохранения традиций и развития химического образования в России? Теперь мы переходим к нашей позитивной программе, многое из которой уже удалось реализовать. Эта программа имеет два основных аспекта – содержательный и организационный: мы стараемся определять содержание химического образования в нашей стране и развивать новые формы взаимодействия центров химического образования.

Новый государственный стандарт
химического образования

Химическое образование начинается со школы. Содержание школьного образования определяется главным нормативным документом – государственным стандартом школьного образования. В рамках принятой у нас концентрической схемы существуют три стандарта по химии: основное общее образование (8–9-е классы), базовое среднее и профильное среднее образование (10–11-е классы). Один из нас (Н.Е.Кузьменко) возглавил рабочую группу Министерства образования по подготовке стандартов, и к настоящему времени эти стандарты полностью сформулированы и готовы к законодательному утверждению.
Принимаясь за разработку стандарта химического образования, авторы исходили из тенденций развития современной химии и учитывали ее роль в естествознании и в обществе. Современная химия – это фундаментальная система знаний об окружающем мире, основанная на богатом экспериментальном материале и надежных теоретических положениях . Научное содержание стандарта базируется на двух основных понятиях: «вещество» и «химическая реакция».
«Вещество» – главное понятие химии. Вещества окружают нас везде: в воздухе, пище, почве, бытовой технике, растениях и, наконец, в нас самих. Часть из этих веществ нам дана природой в готовом виде (кислород, вода, белки, углеводы, нефть, золото), другую часть человек получил путем небольшой модификации природных соединений (асфальт или искусственные волокна), но самое большое число веществ, которые раньше в природе не существовали, человек синтезировал самостоятельно. Это – современные материалы, лекарства, катализаторы. На сегодняшний день известно около 20 млн органических и около 500 тыс. неорганических веществ, и каждое из них обладает внутренней структурой. Органический и неорганический синтез достиг такой высокой степени развития, что позволяет синтезировать соединения с любой заранее заданной структурой. В связи с этим на первый план в современной химии выходит
прикладной аспект , в котором упор делается на связи структуры вещества с его свойствами , а основная задача состоит в поиске и синтезе полезных веществ и материалов, обладающих заданными свойствами.
Самое интересное в окружающем мире состоит в том, что он постоянно изменяется. Второе главное понятие химии – это «химическая реакция». Каждую секунду в мире происходит неисчислимое множество реакций, в результате которых одни вещества превращаются в другие. Некоторые реакции мы можем наблюдать непосредственно, например ржавление железных предметов, свертывание крови, сгорание автомобильного топлива. В то же время подавляющее большинство реакций остаются невидимыми, но именно они определяют свойства окружающего нас мира. Для того чтобы осознать свое место в мире и научиться им управлять, человек должен глубоко понять природу этих реакций и те законы, которым они подчиняются.
Задача современной химии состоит в изучении функций веществ в сложных химических и биологических системах, анализе связи структуры вещества с его функциями и синтезе веществ с заданными функциями.
Исходя из того, что стандарт должен служить инструментом развития образования, было предложено разгрузить содержание основного общего образования и оставить в нем только те элементы содержания, образовательная ценность которых подтверждена отечественной и мировой практикой преподавания химии в школе. Это минимальная по объему, но функционально полная система знаний.
Стандарт основного общего образования включает шесть содержательных блоков:

• Методы познания веществ и химических явлений.
• Вещество.
• Химическая реакция.
• Элементарные основы неорганической химии.
• Первоначальные представления об органических веществах.
• Химия и жизнь.

Стандарт базового среднего образования разбит на пять содержательных блоков:

• Методы познания химии.
• Теоретические основы химии.
• Неорганическая химия.
• Органическая химия.
• Химия и жизнь.

Основу обоих стандартов составляют периодический закон Д.И.Менделеева, теория строения атомов и химической связи, теория электролитической диссоциации и структурная теория органических соединений.
Стандарт базового среднего уровня призван обеспечить выпускнику средней школы прежде всего возможность ориентироваться в общественных и личных проблемах, связанных с химией.
В стандарте профильного уровня система знаний значительно расширена в первую очередь за счет представлений о строении атомов и молекул, а также о закономерностях протекания химических реакций, рассматриваемых с точки зрения теорий химической кинетики и химической термодинамики. Тем самым обеспечивается подготовка выпускников средней школы к продолжению химического образования в высшей школе.

Новая программа и новые
учебники по химии

Новый, научно обоснованный стандарт химического образования подготовил благоприятную почву для разработки новой школьной программы и создания комплекта школьных учебников на ее основе. В этом докладе мы представляем школьную программу по химии для 8–9-го классов и концепцию серии учебников для 8–11-го классов, созданных авторским коллективом химического факультета МГУ.
Программа курса химии основной общеобразовательной школы рассчитана на учащихся 8–9-го классов. От типовых программ, действующих в настоящее время в средних школах России, ее отличают более выверенные междисциплинарные связи и точный отбор материала, необходимого для создания целостного естественно-научного восприятия мира, комфортного и безопасного взаимодействия с окружающей средой в условиях производства и в быту. Программа построена таким образом, что в ней главное внимание уделяется тем разделам химии, терминам и понятиям, которые так или иначе связаны с повседневной жизнью, а не являются «кабинетным знанием» узко ограниченного круга лиц, чья деятельность связана с химической наукой.
В течение первого года обучения химии (8-й класс) основное внимание уделяется формированию у учащихся элементарных химических навыков, «химического языка» и химического мышления. Для этого выбраны объекты, знакомые из повседневной жизни (кислород, воздух, вода). В 8-м классе мы сознательно избегаем сложного для восприятия школьников понятия «моль», практически не используем расчетные задачи. Основная идея этой части курса – привить ученикам навыки описания свойств различных веществ, сгруппированных по классам, а также показать связь между строением веществ и их свойствами.
На втором году обучения (9-й класс) введение дополнительных химических понятий сопровождается рассмотрением строения и свойств неорганических веществ. В специальном разделе кратко рассматриваются элементы органической химии и биохимии в объеме, предусмотренном государственным стандартом образования.

Для развития химического взгляда на мир в курсе проводятся широкие корреляции между полученными ребятами в классе элементарными химическими знаниями и свойствами тех объектов, которые известны школьникам в повседневной жизни, но до этого ими воспринимались лишь на бытовом уровне. На основе химических представлений учащимся предлагается взглянуть на драгоценные и отделочные камни, стекло, фаянс, фарфор, краски, продукты питания, современные материалы. В программе расширен круг объектов, которые описываются и обсуждаются лишь на качественном уровне, не прибегая к громоздким химическим уравнениям и сложным формулам. Мы обращали большое внимание на стиль изложения, который позволяет вводить и обсуждать химические понятия и термины в живой и наглядной форме. В этой связи постоянно подчеркиваются междисциплинарные связи химии с другими науками, не только естественными, но и гуманитарными.
Новая программа реализована в комплекте школьных учебников для 8–9-х классов, один из которых уже сдан в печать, а другой находится в стадии написания. При создании учебников мы учитывали изменение социальной роли химии и общественного интереса к ней, которое вызвано двумя основными взаимосвязанными факторами. Первое – это «хемофобия» , т. е. отрицательное отношение общества к химии и ее проявлениям. В этой связи важно на всех уровнях объяснять, что плохое – не в химии, а в людях, которые не понимают законов природы или имеют нравственные проблемы.
Химия – очень мощный инструмент в руках человека, в ее законах нет понятий добра и зла. Пользуясь одними и теми же законами, можно придумать новую технологию синтеза наркотиков или ядов, а можно – новое лекарство или новый строительный материал.
Другой социальный фактор – это прогрессирующая химическая безграмотность общества на всех его уровнях – от политиков и журналистов до домохозяек. Большинство людей совершенно не представляет, из чего состоит окружающий мир, не знает элементарных свойств даже простейших веществ и не может отличить азот от аммиака, а этиловый спирт от метилового. Именно в этой области грамотный учебник по химии, написанный простым и понятным языком, может сыграть большую просветительскую роль.
При создании учебников мы исходили из следующих постулатов.

Основные задачи школьного курса химии

1. Формирование научной картины окружающего мира и развитие естественно-научного мировоззрения. Представление химии как центральной науки, направленной на решение насущных проблем человечества.
2. Развитие химического мышления, умения анализировать явления окружающего мира в химических терминах, способности говорить (и думать) на химическом языке.
3. Популяризация химических знаний и внедрение представлений о роли химии в повседневной жизни и ее прикладном значении в жизни общества. Развитие экологического мышления и знакомство с современными химическими технологиями.
4. Формирование практических навыков безопасного обращения с веществами в повседневной жизни.
5. Пробуждение живого интереса у школьников к изучению химии как в рамках школьной программы, так и дополнительно.

Основные идеи школьного курса химии

1. Химия – центральная наука о природе, тесно взаимодействующая с другими естественными науками. Основное значение для жизни общества имеют прикладные возможности химии.
2. Окружающий мир состоит из веществ, которые характеризуются определенной структурой и способны к взаимным превращениям. Существует связь между структурой и свойствами веществ. Задача химии состоит в создании веществ с полезными свойствами.
3. Окружающий мир постоянно изменяется. Его свойства определяются химическими реакциями, которые в нем протекают. Для того чтобы управлять этими реакциями, необходимо глубоко понимать законы химии.
4. Химия – мощный инструмент для преобразования природы и общества. Безопасное применение химии возможно только в высокоразвитом обществе с устойчивыми нравственными категориями.

Методические принципы и стиль учебников

1. Последовательность изложения материала ориентирована на изучение химических свойств окружающего мира с постепенным и деликатным (т. е. ненавязчивым) знакомством с теоретическими основами современной химии. Описательные разделы чередуются с теоретическими. Материал равномерно распределен по всему периоду обучения.
2. Внутренняя замкнутость, самодостаточность и логическая обоснованность изложения. Любой материал преподносится в контексте общих проблем развития науки и общества.
3. Постоянная демонстрация связи химии с жизнью, частое напоминание о прикладном значении химии, научно-популярный анализ веществ и материалов, с которыми учащиеся сталкиваются в повседневной жизни.
4. Высокий научный уровень и строгость изложения. Химические свойства веществ и химические реакции описываются так, как они идут на самом деле. Химия в учебниках – реальная, а не «бумажная».
5. Дружелюбный, легкий и беспристрастный стиль изложения. Простой, доступный и грамотный русский язык. Использование «сюжетов» – коротких, занимательных рассказов, связывающих химические знания с повседневной жизнью, – для облегчения восприятия. Широкое использование иллюстраций, которые составляют около 15% объема учебников.
6. Двухуровневая структура представления материала. «Крупный шрифт» – это базовый уровень, «мелкий шрифт» предназначен для более глубокого изучения.
7. Широкое использование простых и наглядных демонстрационных опытов, лабораторных и практических работ для изучения экспериментальных аспектов химии и развития практических навыков учащихся.
8. Использование вопросов и задач двух уровней сложности для более глубокого усвоения и закрепления материала.

В комплект учебных пособий мы предполагаем включить:

• учебники по химии для 8–11-го классов;
• методические указания для учителей, тематическое планирование уроков;
• дидактические материалы;
• книгу для чтения учащимися;
• справочные таблицы по химии;
• компьютерную поддержку в виде компакт-дисков, содержащих: а) электронный вариант учебника; б) справочные материалы; в) демонстрационные опыты; г) иллюстративный материал; д) анимационные модели; е) программы для решения расчетных задач; ж) дидактические материалы.

Мы надеемся, что новые учебники позволят многим школьникам по-новому взглянуть на наш предмет и покажут им, что химия – увлекательная и очень полезная наука.
В развитии интереса школьников к химии кроме учебников большую роль играют химические олимпиады.

Современная система химических олимпиад

Система химических олимпиад – одна из немногих образовательных структур, которые выдержали распад страны. Всесоюзная олимпиада по химии трансформировалась во Всероссийскую, сохранив ее основные черты. В настоящее время эта олимпиада проходит в пять этапов: школьный, районный, областной, федеральный окружной и финальный. Победители финального этапа представляют Россию на Международной химической олимпиаде. Самыми важными с точки зрения образования являются наиболее массовые этапы – школьный и районный, за который отвечают школьные учителя и методические объединения городов и районов России. За всю олимпиаду в целом отвечает Министерство образования.
Интересно, что бывшая Всесоюзная олимпиада по химии тоже сохранилась, но в новом качестве. Ежегодно химический факультет МГУ организует международную Менделеевскую олимпиаду , в которой участвуют победители и призеры химических олимпиад стран СНГ и Балтии. В прошлом году эта олимпиада с большим успехом прошла в Алма-Ате, в этом году – в г. Пущино Московской области. Менделеевская олимпиада позволяет талантливым детям из бывших республик Советского Союза поступить в МГУ и другие престижные вузы без экзаменов. Необычайно ценно также общение преподавателей химии во время олимпиады, которое способствует сохранению единого химического пространства на территории бывшего Союза.
В последние пять лет число предметных олимпиад резко возросло за счет того, что многие вузы в поисках новых форм привлечения абитуриентов стали проводить собственные олимпиады и засчитывать результаты этих олимпиад в качестве вступительных экзаменов. Одним из пионеров этого движения был химический факультет МГУ, который ежегодно проводит заочно-очную олимпиаду по химии, физике и математике. Этой олимпиаде, которую мы назвали «Абитуриент МГУ», в этом году исполняется уже 10 лет. Она обеспечивает равный доступ всем группам школьников к обучению в МГУ. Олимпиада проходит в два этапа: заочный и очный. первый – заочный – этап имеет ознакомительный характер. Мы публикуем задания во всех профильных газетах и журналах и рассылаем задания по школам. На решение отводится почти полгода. Тех, кто выполнил хотя бы половину заданий, мы приглашаем на второй этап – очный тур, который проходит в 20-х числах мая. Письменные задания по математике и химии позволяют определить победителей олимпиады, которые получают преимущества при поступлении на наш факультет.
География этой олимпиады необычайно широка. Каждый год в ней участвуют представители всех регионов России – от Калининграда до Владивостока, а также несколько десятков «иностранцев» из стран СНГ. Развитие этой олимпиады привело к тому, что почти все талантливые дети из провинции едут учиться к нам: более 60% студентов химического факультета МГУ – иногородние.
В то же время вузовские олимпиады постоянно испытывают давление со стороны Министерства образования, которое проводит идеологию ЕГЭ и стремится лишить вузы самостоятельности в определении форм приема абитуриентов. И здесь на помощь министерству приходит, как это ни странно, Всероссийская олимпиада. Идея министерства состоит в том, что преимущества при поступлении в вузы должны иметь только участники тех олимпиад, которые организационно вливаются в структуру Всероссийской олимпиады. Любой вуз может самостоятельно проводить какую угодно олимпиаду безо всякой связи с Всероссийской, но результаты такой олимпиады не будут засчитываться при поступлении в этот вуз.
Если такая идея будет законодательно оформлена, это нанесет довольно сильный удар по системе приема в вузы и, самое главное, по школьникам выпускных классов, которые лишатся многих стимулов к поступлению в выбранный ими вуз.
Однако в этом году прием в вузы будет проходить по прежним правилам, и в связи с этим мы хотим рассказать о вступительном экзамене по химии в МГУ.

Вступительный экзамен по химии в МГУ

Вступительный экзамен по химии в МГУ сдают на шести факультетах: химическом, биологическом, медицинском, почвенном, факультете наук о материалах и новом факультете биоинженерии и биоинформатики. Экзамен – письменный, рассчитан на 4 часа. За это время школьники должны решить 10 задач разного уровня сложности: от тривиальных, т. е. «утешительных», до довольно сложных, которые позволяют дифференцировать оценки.
Ни одна из задач не требует специальных знаний, выходящих за рамки того, что изучают в профильных химических школах. Тем не менее большинство задач строится так, что для их решения требуются размышления, основанные не на запоминании, а на владении теорией. В качестве примера мы хотим привести несколько таких задач из разных разделов химии.

Теоретическая химия

Задача 1 (биологический факультет). Константа скорости реакции изомеризации A B равна 20 с –1 , а константа скорости обратной реакции B A равна 12 с –1 . Рассчитайте состав равновесной смеси (в граммах), полученной из 10 г вещества A.

Решение
Пусть в B превратилось x г вещества A, тогда в равновесной смеси содержится (10 – x ) г A и x г B. При равновесии скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции:

20 (10 – x ) = 12x ,

откуда x = 6,25.
Состав равновесной смеси: 3,75 г A, 6,25 г B.
Ответ . 3,75 г A, 6,25 г B.

Неорганическая химия

Задача 2 (биологический факультет). Какой объем углекислого газа (н. у.) надо пропустить через 200 г 0,74%-го раствора гидроксида кальция, чтобы масса выпавшего осадка составила 1,5 г, а раствор над осадком не давал окраски с фенолфталеином?

Решение
При пропускании углекислого газа через раствор гидроксида кальция сначала образуется осадок карбоната кальция:

который затем может растворяться в избытке CO 2:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2 .

Зависимость массы осадка от количества вещества CO 2 имеет следующий вид:

При недостатке CO 2 раствор над осадком будет содержать Ca(OH) 2 и давать фиолетовое окрашивание с фенолфталеином. По условию этого окрашивания нет, следовательно, CO 2 находится в избытке
по сравнению с Ca(OH) 2 , т. е. сначала весь Ca(OH) 2 превращается в CaCO 3 , а затем CaCO 3 частично растворяется в CO 2 .

(Ca(OH) 2) = 200 0,0074/74 = 0,02 моль, (CaCO 3) = 1,5/100 = 0,015 моль.

Для того чтобы весь Ca(OH) 2 перешел в CaCO 3 , через исходный раствор надо пропустить 0,02 моль CO 2 , а затем пропустить еще 0,005 моль CO 2 , чтобы 0,005 моль CaCO 3 растворилось и осталось 0,015 моль.

V(CO 2) = (0,02 + 0,005) 22,4 = 0,56 л.

Ответ . 0,56 л CO 2 .

Органическая химия

Задача 3 (химический факультет). Ароматический углеводород с одним бензольным кольцом содержит 90,91% углерода по массе. При окислении 2,64 г этого углеводорода подкисленным раствором перманганата калия выделяется 962 мл газа (при 20 °С и нормальном давлении), а при нитровании образуется смесь, содержащая два мононитропроизводных. Установите возможную структуру исходного углеводорода и напишите схемы упомянутых реакций. Сколько мононитропроизводных образуется при нитровании продукта окисления углеводорода?

Решение

1) Определим молекулярную формулу искомого углеводорода:

(С):(Н) = (90,91/12):(9,09/1) = 10:12.

Следовательно, углеводород – С 10 Н 12 (М = 132 г/моль) с одной двойной связью в боковой цепи.
2) Найдем состав боковых цепей:

(С 10 Н 12) = 2,64/132 = 0,02 моль,

(СО 2) = 101,3 0,962/(8,31 293) = 0,04 моль.

Значит, из молекулы С 10 Н 12 при окислении перманганатом калия уходят два атома углерода, следовательно, было два заместителя: СН 3 и С(СН 3)=СН 2 или СН=СН 2 и С 2 Н 5 .
3) Определим относительную ориентацию боковых цепей: два мононитропроизводных при нитровании дает только параизомер:

При нитровании продукта полного окисления – терефталевой кислоты – образуется только одно мононитропроизводное.

Биохимия

Задача 4 (биологический факультет). При полном гидролизе 49,50 г олигосахарида образовался только один продукт – глюкоза, при спиртовом брожении которой получено 22,08 г этанола. Установите число остатков глюкозы в молекуле олигосахарида и рассчитайте массу воды, необходимой для гидролиза, если выход реакции брожения – 80%.

N /(n – 1) = 0,30/0,25.

Откуда n = 6.
Ответ . n = 6; m (H 2 O) = 4,50 г.

Задача 5 (медицинский факультет). При полном гидролизе пентапептида Met-энкефалина были получены следующие аминокислоты: глицин (Gly) – H 2 NCH 2 COOH, фенилаланин (Phe) – H 2 NCH(CH 2 C 6 H 5)COOH, тирозин (Tyr) – H 2 NCH(CH 2 C 6 H 4 OH)COOH, метионин (Met) – H 2 NCH(CH 2 CH 2 SCH 3)COOH. Из продуктов частичного гидролиза этого же пептида были выделены вещества с молекулярными массами 295, 279 и 296. Установите две возможные последовательности аминокислот в данном пептиде (в сокращенных обозначениях) и рассчитайте его молярную массу.

Решение
По молярным массам пептидов можно установить их состав, пользуясь уравнениями гидролиза:

дипептид + H 2 O = аминокислота I + аминокислота II,
трипептид + 2H 2 O = аминокислота I + аминокислота II + аминокислота III.
Молекулярные массы аминокислот:

Gly – 75, Phe – 165, Tyr – 181, Met – 149.

295 + 2 18 = 75 + 75 + 181,
трипептид – Gly–Gly–Tyr;

279 + 2 18 = 75 + 75 + 165,
трипептид – Gly–Gly–Phe;

296 + 18 = 165 + 149,
дипептид – Phe–Met.

Эти пептиды можно объединить в пентапептид таким образом:

M = 296 + 295 – 18 = 573 г/моль.

Возможна также прямо противоположная последовательность аминокислот:

Tyr–Gly–Gly–Phe–Met.

Ответ .
Met–Phe–Gly–Gly–Tyr,
Tyr–Gly–Gly–Phe–Met; M = 573 г/моль.

Конкурс на химический факультет МГУ и в другие химические вузы в последние годы остается стабильным, а уровень подготовки абитуриентов растет. Поэтому, подводя итоги, мы утверждаем, что, несмотря на сложные внешние и внутренние обстоятельства, химическое образование в России имеет хорошие перспективы. Главное, что нас в этом убеждает, – неиссякающий поток юных талантов, увлеченных нашей любимой наукой, стремящихся получить хорошее образование и принести пользу своей стране.

В.В.ЕРЕМИН ,
доцент химического факультета МГУ,
Н.Е.КУЗЬМЕНКО,
профессор химического факультета МГУ
(Москва)

Адрес: Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д.48

Е-мейл Оргкомитета: [email protected]

Организаторы: РГПУ им. А.И. Герцена

Условия участия и жилье: 400 руб.

Уважаемые коллеги!

Приглашаем Вас принять участие во II Всероссийской студенческой конференции с международным участием «Химия и химическое образование XXI века», посвященной 50-летию факультета химии РГПУ им. А.И. Герцена и 100-летию со дня рождения профессора В.В. Перекалина.

Конференция состоится на базе РГПУ им. А.И. Герцена.

Сроки проведения конференции – с 15 по 17 апреля 2013 гЦель конференции – обмен результатами изучения современных проблем химии и химического образования между молодыми исследователями и активное приобщение студентов к научно-исследовательской работе. В рамках конференции будут представлены секционные (до 10 мин) и стендовые доклады студентов , обучающихся в бакалавриате, сп ециалитете и магистратуре. Возможно заочное участие с публикацией тезисов доклада.Отобранные Оргкомитетом тезисы докладов будут опубликованы в сборнике материалов конференции с присвоением номера ISBN . С пленарными докладами выступят приглашенные ведущие химики Санкт-Петербурга.

Основные научные направления конференции:

• Секция 1 – органическая, биологическая и фармацевтическая химия
• Секция 2 – физическая, аналитическая и экологическая химия
• Секция 3 – неорганическая и координационная химия, нанотехнологии
• Секция 4 – химическое образование

Для участия в конференции необходимо:

До 15 февраля 2013 г. выслать регистрационную форму участника и тезисы доклада, оформленные в соответствии с требованиями, на электронный адрес конференции: conference -2013@yandex .ru